76faf09e8fe1e629e8972601da0741f1
剖析面试最常见问题之JVM(下)

剖析面试最常见问题之JVM(下)

先介绍一下类文件结构吧.

根据 Java 虚拟机规范,类文件由单个 ClassFile 结构组成:

ClassFile {
    u4             magic; //Class 文件的标志
    u2             minor_version;//Class 的小版本号
    u2             major_version;//Class 的大版本号
    u2             constant_pool_count;//常量池的数量
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];//常量池
    u2             access_flags;//Class 的访问标记
    u2             this_class;//当前类
    u2             super_class;//父类
    u2             interfaces_count;//接口
    u2             interfaces[interfaces_count];//一个类可以实现多个接口
    u2             fields_count;//Class 文件的字段属性
    field_info     fields[fields_count];//一个类会可以有个字段
    u2             methods_count;//Class 文件的方法数量
    method_info    methods[methods_count];//一个类可以有个多个方法
    u2             attributes_count;//此类的属性表中的属性数
    attribute_info attributes[attributes_count];//属性表集合
}

Class文件字节码结构组织示意图 (之前在网上保存的,非常不错,原出处不明):

类文件字节码结构组织示意图

类文件字节码结构组织示意图

下面会按照上图结构按顺序详细介绍一下 Class 文件结构涉及到的一些组件。

  1. 魔数: 确定这个文件是否为一个能被虚拟机接收的 Class 文件。
  2. Class 文件版本 :Class 文件的版本号,保证编译正常执行。
  3. 常量池 :常量池主要存放两大常量:字面量和符号引用。
  4. 访问标志 :标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息,包括:这个 Class 是类还是接口,是否为 public 或者 abstract 类型,如果是类的话是否声明为 final 等等。
  5. 当前类索引,父类索引 :类索引用于确定这个类的全限定名,父类索引用于确定这个类的父类的全限定名,由于 Java 语言的单继承,所以父类索引只有一个,除了 java.lang.Object 之外,所有的 java 类都有父类,因此除了 java.lang.Object 外,所有 Java 类的父类索引都不为 0。
  6. 接口索引集合 :接口索引集合用来描述这个类实现了那些接口,这些被实现的接口将按implents(如果这个类本身是接口的话则是extends) 后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。
  7. 字段表集合 :描述接口或类中声明的变量。字段包括类级变量以及实例变量,但不包括在方法内部声明的局部变量。
  8. 方法表集合 :类中的方法。
  9. 属性表集合 : 在 Class 文件,字段表,方法表中都可以携带自己的属性表集合。

知道类加载的过程吗?

类加载过程:加载->连接->初始化。连接过程又可分为三步:验证->准备->解析

类加载过程

类加载过程

那加载这一步做了什么?

类加载过程的第一步,主要完成下面3件事情:

  1. 通过全类名获取定义此类的二进制字节流
  2. 将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表该类的 Class 对象,作为方法区这些数据的访问入口

虚拟机规范多上面这3点并不具体,因此是非常灵活的。比如:"通过全类名获取定义此类的二进制字节流" 并没有指明具体从哪里获取、怎样获取。比如:比较常见的就是从 ZIP 包中读取(日后出现的JAR、EAR、WAR格式的基础)、其他文件生成(典型应用就是JSP)等等。

一个非数组类的加载阶段(加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段,这一步我们可以去完成还可以自定义类加载器去控制字节流的获取方式(重写一个类加载器的 loadClass() 方法)。数组类型不通过类加载器创建,它由 Java 虚拟机直接创建。

类加载器、双亲委派模型也是非常重要的知识点,这部分内容会在后面的问题中单独介绍到。

加载阶段和连接阶段的部分内容是交叉进行的,加载阶段尚未结束,连接阶段可能就已经开始了。

知道哪些类加载器?

JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader,除了 BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自java.lang.ClassLoader

  1. BootstrapClassLoader(启动类加载器) :最顶层的加载类,由C++实现,负责加载 %JAVA_HOME%/li目录下的jar包和类或者或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的所有类。
  2. ExtensionClassLoader(扩展类加载器) :主要负责加载目录 %JRE_HOME%/lib/ext 目录下的jar包和类,或被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的jar包。
  3. AppClassLoader(应用程序类加载器) :面向我们用户的加载器,负责加载当前应用classpath下的所有jar包和类。

双亲委派模型知道吗?能介绍一下吗?

双亲委派模型介绍

每一个类都有一个对应它的类加载器。系统中的 ClassLoder 在协同工作的时候会默认使用 双亲委派模型 。即在类加载的时候,系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回,否则才会尝试加载。加载的时候,首先会把该请求委派该父类加载器的 loadClass() 处理,因此所有的请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器 BootstrapClassLoader 中。当父类加载器无法处理时,才由自己来处理。当父类加载器为null时,会使用启动类加载器 BootstrapClassLoader 作为父类加载器。

ClassLoader

ClassLoader

top Created with Sketch.